Java TCP編程之Scoket

更新時間：2022年11月05日 17:22:30 作者：OlaiolaiO

TCP/IP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，它會保證數(shù)據(jù)不丟包、不亂序。TCP全名是Transmission Control Protocol，它是位于網(wǎng)絡OSI模型中的第四層

一、什么是Scoket

Socket 是一個抽象概念，一個應用程序通過一個 Socket 來建立一個遠程連接，而 Socket 內部通過 TCP/IP 協(xié)議把數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡。

┌───────────┐ ┌───────────┐
│Application│ │Application│
├───────────┤ ├───────────┤
│ Socket │ │ Socket │
├───────────┤ ├───────────┤
│ TCP │ │ TCP │
├───────────┤ ┌──────┐ ┌──────┐ ├───────────┤
│ IP │<────>│Router│<─────>│Router│<────>│ IP │
└───────────┘ └──────┘ └──────┘ └───────────┘

Socket 、 TCP 和部分 IP 的功能都是由操作系統(tǒng)提供的，不同的編程語言只是提供了對操作系統(tǒng)調用的簡單的封裝。例如， Java 提供的幾個 Socket 相關的類就封裝了操作系統(tǒng)提供的接口： Server Socket 類、 Socket 類。

為什么需要 Socket 進行網(wǎng)絡通信？因為僅僅通過 IP 地址進行通信是不夠的，同一臺計算機同一時間會運行多個網(wǎng)絡應用程序，例如瀏覽器、QQ、郵件客戶端等。當操作系統(tǒng)接收到一個數(shù)據(jù)包的時候，如果只有 IP 地址，它沒法判斷應該發(fā)給哪個應用程序，所以，操作系統(tǒng)抽象出 Socket 接口，每個應用程序需要各自對應到不同的 S ocket ，數(shù)據(jù)包才能根據(jù) Socket 正確地發(fā)到對應的應用程序。

一個 Socket 就是由IP地址和端口號（范圍是0～65535）組成，可以把 Socket 簡單理解為 IP 地址加端口號。端口號總是由操作系統(tǒng)分配，它是一個 0 ～ 65535 之間的數(shù)字，其中，小于 1024 的端口屬于特權端口，需要管理員權限，大于 1024 的端口可以由任意用戶的應用程序打開。

使用 Socket 進行網(wǎng)絡編程時，本質上就是兩個進程之間的網(wǎng)絡通信。其中一個進程必須充當服務器端，它會主動監(jiān)聽某個指定的端口，另一個進程必須充當客戶端，它必須主動連接服務器的 IP 地址和指定端口，如果連接成功，服務器端和客戶端就成功地建立了一個 TCP 連接，雙方后續(xù)就可以隨時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

當 Socket 連接成功地在服務器端和客戶端之間建立后：

對服務器端來說，它的 Socket 是指定的 IP 地址和指定的端口號；
對客戶端來說，它的 Socket 是它所在計算機的 IP 地址和一個由操作系統(tǒng)分配的隨機端口號。

二、服務器端

package com.ljl.tcp.demo2;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.io.Writer;
import java.net.ServerSocket;
import java.net.Socket;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class ChatServer {
	public static void main(String[] args) {
		Map<String, String> chatMap = new HashMap<String, String>(){
			{
				put("你好", "你好呀");
				put("hi", "hi~");
				put("hello", "哈嘍");
				put("吃了嗎", "沒呢，你呢");
				put("孤勇者", "愛你孤身走暗巷");
				put("有請潘周聃", "潘周聃，今年29歲，蘇黎世理工大學.....");
				put("很高興認識你", "我也是哦");
			}
		};
		try (ServerSocket server = new ServerSocket(9966)) {
			while(true) {
			//客戶端連接
			Socket client = server.accept();
			//獲取客戶端IP地址
			String clientIP = client.getInetAddress().getHostAddress();
			try(
			BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
			BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));){	
			//獲取客戶端提問
			String question = reader.readLine();
			System.out.println("服務器來自客戶端"+clientIP+"的提問："+question);
			//獲取問題答案
			String answer = chatMap.get(question);
			answer = answer == null?"我不知道你在說啥":answer;
			//發(fā)送答案至客戶端
			writer.write(answer);
			}
			}
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

三、客戶端

package com.ljl.tcp.demo2;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.BufferedWriter;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;
import java.io.OutputStreamWriter;
import java.net.Socket;
import java.util.Scanner;
public class ChatClient {
	public static void main(String[] args) {
		Scanner input = new Scanner(System.in);
		while(true) {
		try (//創(chuàng)建Socket
		 Socket client = new Socket("192.168.254.163",9966);
			BufferedWriter writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(client.getOutputStream()));	
			BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(client.getInputStream()));
			){
			//獲取控制臺的輸入問題
			String question = input.nextLine();
			if(question.equals("退下")) {
				break;
			}
			//發(fā)送問題至服務器
			writer.write(question);
			writer.flush();
			//暫時結束本次輸入
			client.shutdownOutput();
			//獲取來自服務器的答案
			String answer = reader.readLine();
			System.out.println("服務器回答："+answer);
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		}
		System.out.println("over");
	}
}

四、Socket流

當 Socket 連接創(chuàng)建成功后，無論是服務器端，還是客戶端，我們都使用 Socket 實例進行網(wǎng)絡通信。因為 T CP 是一種基于流的協(xié)議，因此， Java 標準庫使用 InputStream 和 OutputStream 來封裝 Socket 的數(shù)據(jù)流，這樣我們使用 Socket 的流，和普通 IO 流類似：

// 用于讀取網(wǎng)絡數(shù)據(jù):
InputStream in = sock.getInputStream();
// 用于寫入網(wǎng)絡數(shù)據(jù):
OutputStream out = sock.getOutputStream();

寫入網(wǎng)絡數(shù)據(jù)時，必須要調用 flush() 方法。如果不調用 flush() ，我們很可能會發(fā)現(xiàn)，客戶端和服務器都收不到數(shù)據(jù)，這并不是 Java 標準庫的設計問題，而是我們以流的形式寫入數(shù)據(jù)的時候，并不是一寫入就立刻發(fā)送到網(wǎng)絡，而是先寫入內存緩沖區(qū)，直到緩沖區(qū)滿了以后，才會一次性真正發(fā)送到網(wǎng)絡，這樣設計的目的是為了提高傳輸效率。如果緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)很少，而我們又想強制把這些數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡，就必須調用 flush() 強制把緩沖區(qū)數(shù) 據(jù)發(fā)送出去。